Obróbka stali nierdzewnej 101: kompletny przewodnik dla początkujących i ekspertów

W tym artykule przyjrzysz się licznym zastosowaniom obróbki stali nierdzewnej w różnych gałęziach przemysłu. Od lotnictwa po ekoenergię – pokażmy, jak obrobione maszynowo części ze stali nierdzewnej wspomagają inne technologie w rozwoju nowoczesnej infrastruktury.

Co jest Stal nierdzewna?

Stal nierdzewna to stop metalu składający się z wielu pierwiastków, w tym żelaza, niklu, chromu, molibdenu itp.

Jest to jeden z najpopularniejszych metali do większości zastosowań ze względu na odporność na korozję oraz inne właściwości mechaniczne i fizyczne.

Najlepiej obrabialna stal nierdzewna

· Dwustronna stal nierdzewna

Stal nierdzewna 303 charakteryzuje się obrabialnością i wysoką wydajnością cięcia dzięki niskiej zawartości siarki. Dzięki temu jest to wygodne podczas łamania wiórów. Zawartość siarki ułatwia wykończenie krawędzi bez zadziorów i minimalne zużycie narzędzia.

Dzięki temu nadaje się do skomplikowanych i precyzyjnych zadań obróbczych, takich jak gwintowanie i wiercenie.

Diagram fazowy dupleksowej stali nierdzewnej

Diagram fazowy dupleksowej stali nierdzewnej

· Stal nierdzewna 316

Obróbka stali nierdzewnej 316 może wydawać się szczególnie trudna, ponieważ jest ona twarda i podatna na utwardzanie. Wybór narzędzi skrawających i warunków obróbki zoptymalizowanych pod kątem zapobiegania lub minimalizowania utwardzania przez zgniot. To właśnie gwarantuje odpowiednie wyniki obróbki.

Również odpowiednie podanie chłodziwa i prawidłowe wykonanie wiórów pomiędzy wiórami a krawędziami skrawającymi sprawia, że obróbka jest najbardziej efektywna.

· Opady: Hartowana stal nierdzewna

Stal nierdzewna 17-4 charakteryzuje się pewnym poziomem obrabialności, ale może być trudniejsza w obróbce niż inne gatunki.

Właściwa obróbka cieplna tuż przed obróbką skrawaniem poprawia skrawanie materiałów. Można go użyć, aby ograniczyć zużycie narzędzia i problemy z hartowaniem.

· Austenityczne stale nierdzewne

Stal nierdzewna 304 wykazuje dobrą skrawalność, ale posiada również utwardzanie, które zachodzi podczas obróbki. Utrzymywanie precyzyjnych prędkości skrawania, stosowania dysz i chłodziwa oraz dobór właściwych narzędzi to główny sposób na ograniczenie utwardzania przez zgniot.

· Martenzytyczne stale nierdzewne

Obróbka stali nierdzewnej 440C, która znana jest z dużej odporności na zużycie i ścieralności, jest nie lada wyzwaniem. Do tego procesu wykorzystuje się narzędzia węglikowe charakteryzujące się dużą odpornością na zużycie, które zwykle stosuje się przy obróbce stopów aluminium 440C.

Zapewnienie korzystnego skrawania poprzez kontrolowanie sił skrawania i optymalnych parametrów obróbki jest kluczowe dla uzyskania pożądanej powierzchni.

Właściwości stali nierdzewnej, które sprawiają, że nadaje się ona do obróbki skrawaniem.

Odporność na korozję: Odporność stali nierdzewnej na korozję gwarantuje, że obrobione części będą odporne na degradację, nawet w ekstremalnych warunkach.

Siła i wytrzymałość: Wyjątkowa wytrzymałość i wytrzymałość stali nierdzewnej pozwalają jej wytrzymać siły obróbki i zachować wysoką stabilność wymiarową gotowych części.

Utwardzanie robocze: Stal nierdzewna może wykazywać wzrost twardości i wytrzymałości w wyniku zjawiska utwardzania przez zgniot podczas obróbki. Aby kontrolować ten efekt, bardzo ważny jest jednak odpowiedni dobór narzędzia i parametry skrawania.

Przewodność cieplna: Właściwości przewodności cieplnej stali nierdzewnej są odmienne i powodują rozpraszanie ciepła z narzędzia, co zapobiega nadmiernemu zużyciu narzędzia i spójnemu zachowaniu maszyny.

Techniki i procesy obróbki stali nierdzewnej

· Wybór narzędzia tnącego

Rozważasz gatunek i rodzaj powłok i kształtów narzędzi skrawających, aby zminimalizować wydatki i zwiększyć wytrzymałość. Do wytwarzania części ze stali nierdzewnej często wybiera się narzędzia z węglików spiekanych lub stali szybkotnącej ze specjalnymi powłokami, takimi jak TiN lub TiAlN, ponieważ materiał jest twardy i ścierny. Pomaga to zmniejszyć zużycie narzędzia i gwarantuje dokładność wymiarową.

Metody obróbki

  • Obrócenie: Obracasz przedmiot, trzymając narzędzie jednopunktowe, aby uzyskać okrągły kształt przedmiotu. Toczenie może być bardzo wszechstronne, ponieważ zapewnia ścisłą tolerancję i dobrą jakość powierzchni, dzięki czemu nadaje się do produkcji wałów, tulei lub cylindrów.
  • Przemiał: Usuń materiał z przedmiotu obrabianego za pomocą obrotowych narzędzi skrawających, praktycznie w celu wytworzenia wielu kształtów, szczelin i podcięć. Frezowanie pomaga w wytwarzaniu skomplikowanych kształtów i jest bardzo skuteczne w produkcji komponentów, takich jak koła zębate, wsporniki i obudowy, w małych ilościach.
Frezarka CNC

Frezarka CNC

  • Wiercenie: Wykonujesz otwory w obrabianym przedmiocie, obracając wiertła. Wiercenie jest główną operacją montażu i obróbki komponentów; tworzy wstępnie wykonane otwory w częściach ze stali nierdzewnej, takich jak zawory, kołnierze i złączki.
Wiertarka CNC

Wiertarka CNC

  • Cięcie laserowe: Używasz dobrze skierowanej wiązki lasera, którą podgrzewasz lub odparowujesz stal nierdzewną, aby uzyskać bardzo dokładne kotlety, które powodują minimalne straty materiału. Cięcie laserowe jest szybkie i precyzyjne, dzięki czemu jest właściwym narzędziem do wykonywania skomplikowanych form w cienkich arkuszach.
  • EDM (Obróbka wyładowań elektrycznych): Tę metodę wyładowania elektrycznego wykorzystuje się do odparowywania i wycinania materiału z przedmiotu obrabianego, tworząc zaawansowane kształty z niezwykłą precyzją. Udowodniono, że obróbka elektroerozyjna jest bardzo skuteczna w przypadku materiałów trudnych w obróbce materiałów, takich jak stal hartowana, przy tworzeniu skomplikowanych matryc, form i oprzyrządowania do procesów produkcyjnych.
Maszyna EDM

Maszyna EDM

  • Szlifowanie: Materiał pobiera się z powierzchni przedmiotu obrabianego, szlifując go twardymi tarczami, co zapewnia wąskie tolerancje i wysoką jakość powierzchni. Z drugiej strony, szlifowanie ma kluczowe znaczenie w przypadku precyzyjnych komponentów, w przypadku których dokładność wymiarowa i jakość powierzchni są bardzo istotne.
  • Obróbka CNC: Masz pełną kontrolę nad operacjami obróbczymi, które umożliwiają złożoność geometrii i rozmiaru części lub te, które są wąskie. Ten proces obróbki CNC zapewnia precyzyjną powtarzalność i wydajność, co znacznie oszczędza czas przetwarzania i koszty ogólne.

Rozważania dotyczące obróbki stali nierdzewnej

Wybór sprzętu i właściwe zastosowanie chłodziw, a także metody mocowania są również decydującymi czynnikami w obróbce CNC, a czynniki te nie są trywialne.

Obciążenie, jakie muszą wytrzymać wióry, zostaje zmniejszone, a wykończenie powierzchni jest udoskonalone, a jego sercem jest wytwarzanie ciepła i odprowadzanie wiórów.

Czynniki wpływające na obróbkę stali nierdzewnej.

  • Skład materiału przedmiotu obrabianego: Liczy się zarówno skład stopowy stali nierdzewnej, który obejmuje zawartość chromu i niklu, jak i podatność na obróbkę skrawaniem i tendencję do utwardzania.
  • Geometria przedmiotu obrabianego: Myślisz o tym, jak mały lub duży jest przedmiot obrabiany, i w ten sposób decydujesz o najlepszej strategii obróbki, którą zastosujesz, która będzie odpowiadać zmiennym maszyny.
  • Parametry cięcia: Kontrolujesz prędkość skrawania, prędkość posuwu i głębokość skrawania w zależności od gatunku stali nierdzewnej, oprzyrządowania i wykończenia powierzchni, zmieniając gatunek, narzędzia skrawające i wykończenie powierzchni. Zużycie narzędzia i brak wzrostu materiału w miarę stosowania najlepszego trwałego materiału, którego będziesz używać.
  • Sztywność maszyny: Produkcja obrabiarek z naciskiem na ich stabilność i sztywność, aby wytrzymać duże siły występujące przy twardym skrawaniu stali nierdzewnej. Służy to również zmniejszeniu wibracji i ugięcia, co prowadzi do większej precyzji dokładności wymiarowej i wykończenia powierzchni.

Wyzwania i rozwiązania w obróbce stali nierdzewnej.

· Utwardzanie

Hartowanie na zimno podczas obróbki jest czynnikiem kłopotliwym. Zapewnia narzędziu dłuższą żywotność i mocny materiał obrabiany, co powoduje, że materiał obrabiany staje się mniej obrobiony. Będziesz musiał usprawnić parametry obróbki zgrubnej, aby zmniejszyć wytwarzanie ciepła i wybrać narzędzia ze stali szybkotnącej lub kobaltu wraz z naniesionymi powłokami powierzchniowymi.

· Kontrola wiórów

Skrawanie może prowadzić do niezarządzanego tworzenia się wiórów i erupcji obejmujących narzędzie, a czasami także uszkodzony element. Frezy ścierne wykorzystują łamacze wiórów, odpowiednie spraye chłodziwa i dobrze dopasowane prędkości posuwu, aby wykrawać materiał i skutecznie usuwać resztki. Zapewnia to brak pękania wiórów i minimalne zużycie narzędzia tnącego podczas obróbki stali nierdzewnej w obu operacjach.

· Zużycie i żywotność narzędzi

Problem zużycia narzędzi związany jest z dużą prędkością skrawania stali nierdzewnej, co powoduje zmianę zarówno wolumenu wytwarzanych wyrobów, jak i budżetu. Dzięki takim podejściu, jak dobór materiałów i powłok narzędzi, wybór prędkości skrawania i posuwu oraz zastosowanie technik kontroli wiórów, można wydłużyć trwałość narzędzia.

Najlepsze praktyki obróbki stali nierdzewnej

1. Przygotowanie materiału

Pracujesz nad tym, aby narzędzia były okrągłe, miały czystą fakturę powierzchni, a praca była wystarczająco intensywna, aby otwory były pozbawione wad na powierzchniach i otworach.

2. Projekt osprzętu

Twoim obowiązkiem jest dostarczanie osprzętu charakteryzującego się dużą stabilnością i minimalną charakterystyką drgań, dzięki czemu możliwa jest poprawa precyzji i powtarzalności obróbki.

3. Optymalizacja ścieżki narzędzia

Ukształtowane ścieżki skrawania tego narzędzia optymalizacyjnego mają na celu zminimalizowanie zaangażowania narzędzia, a także ograniczenie siły skrawania, co z kolei skutkuje lepszym wykończeniem części, a także dłuższą żywotnością narzędzia.

4. Chłodzenie i smarowanie

Osiąga się to poprzez skuteczne chłodzenie i smarowanie, aby zminimalizować wytwarzanie ciepła, a także tarcie, które prowadziłoby do przegrzania przedmiotu obrabianego i zużycia narzędzi podczas obróbki stali nierdzewnej.

5. Gratowanie i wykańczanie

Ale używając różnych narzędzi, takich jak zestaw do gratowania lub szczotka, usuwasz zadziory i defekty na powierzchniowej warstwie i uzyskujesz części o doskonałej jakości i nienagannym działaniu.

6. Kontrola

Ręcznie sprawdzasz części, aby pasowały do rozmiaru i powierzchni zgodnie z podanymi rysunkami i rysunkami pod kątem specyfikacji i standardu jakości.

Zastosowania obróbki stali nierdzewnej

  • Przemysł lotniczy: łopatki turbin i układy wydechowe, a także elementy złączne dla przemysłu lotniczego, takie jak śruby i wkręty.
  • Motoryzacja: układy wydechowe, części silnika, elementy skrzyni biegów i wzmocnienia podwozia.
  • Wyroby medyczne: instrumenty chirurgiczne, implanty ortopedyczne, narzędzia dentystyczne i sprzęt diagnostyczny.
Urządzenia medyczne ze stali nierdzewnej

Urządzenia medyczne ze stali nierdzewnej

  • Sprzęt do przetwarzania żywności: przenośniki taśmowe, zbiorniki mieszające, ostrza tnące i armatura sanitarna
Ostrza tnące ze stali nierdzewnej

Ostrza tnące ze stali nierdzewnej

  • Ropa i gaz: zawory, pompy, rury i wiercenia
Zawór kulowy ze stali nierdzewnej

Zawór kulowy ze stali nierdzewnej

  • Morskie: budowa statków, konstrukcja offshore i morskie systemy napędowe
  • Przetwarzanie chemiczne: Obróbka stali nierdzewnej to kluczowy etap produkcji urządzeń stosowanych w przemyśle chemicznym, takich jak reaktory, wymienniki ciepła, zbiorniki i rurociągi.
  • Energia odnawialna: Komponenty wykonane z obrobionej stali nierdzewnej są wykorzystywane w branży energii odnawialnej, takiej jak wytwarzanie energii wiatrowej i słonecznej, komponenty turbin, ramy paneli słonecznych i konstrukcje montażowe.

Wniosek

W sercu wszystkich gałęzi przemysłu leży wszechobecne zastosowanie obróbki stali nierdzewnej, co przypomina o jej niezastąpionej roli. Wraz z ewolucją technologii i gałęzi przemysłu obróbka stali nierdzewnej nadal pozostanie imperatywną siłą zaspokajającą dynamiczne potrzeby społeczeństwa.

Więcej zasobów:

Wiercenie w stali nierdzewnej – Źródło: TSINFA

Narzędzia do obróbki CNC – Źródło: TSINFA

Obróbka stali nierdzewnej – Źródło: 3ERP